某超高层结构关键节点有限元分析

为抵抗水平地震作用和风荷载,某450m超高层采用"巨型框架-核心筒-伸臂桁架"的结构体系。该体系有两种关键节点,巨柱与伸臂桁架节点、核心筒与伸臂桁架节点。文中采用ABAQUS通用有限元分析软件,建立了两类节点的精细化有限元模型,分析了控制工况下节点各构件的应力状态。结果表明两种关键节点均满足中震不屈服的抗震性能目标,且满足强节点弱构件的抗震设计要求。     

中国国际丝路中心大厦项目施工图设计中的罕遇地震抗震性能分析及评价

在建的中国国际丝路中心大厦项目建筑高度498m,主体结构高度482.5m,采用了框架-核心筒-组合伸臂桁架的结构体系,属于超限高层建筑。在施工图设计阶段,基于PERFORM-3D软件,根据具体结构布置的最新调整情况对结构进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,检验结构在罕遇地震下的抗震性能。考虑5组天然波和2组人工波、8度罕遇地震作用下14个工况,分析结构弹塑性时程反应,得到结构在地震作用下的变形、内力和损伤情况。分析结果表明结构最大层间位移角满足1/100的限值要求,核心筒墙体塑性损伤水平较低,核心筒连梁大部分进入塑性耗能。型钢混凝土柱塑性发展程度较低,结构中高区外框钢梁部分进入塑性耗能。刚性伸臂少量进入屈服,阻尼伸臂桁架保持弹性,粘滞阻尼器滞回曲线饱满有效参与地震耗能,结构满足大震不倒的设防要求。     

长沙世茂广场塔楼结构设计

长沙世茂广场塔楼地上75层,地下4层,建筑总高度为348.30m,结构高度为335.30m,采用钢管混凝土框架+钢筋混凝土核心筒+伸臂桁架+环带桁架的混合双重抗侧力结构体系。首先介绍了结构的超限情况及抗震性能目标,结构为超限高层建筑,且存在6项一般不规则项,采用C级抗震性能目标。其次介绍了结构在小震、中震及大震下的分析情况,结构构件在多遇地震下均处于弹性工作状态,可保证小震不坏;通过对结构进行中震弹性和中震不屈服计算,表明结构可实现预设的中震性能目标;结构在罕遇地震作用下整体受力性能良好,最大层间位移角为1/207;结构主要竖向构件均未出现塑性铰,一般处于弹性状态,结构满足罕遇地震下的抗震性能目标。最后对结构中存在的几个关键技术问题进行了专门介绍,包括结构竖向非荷载作用变形分析及设计和施工对策;结构楼面舒适度分析及伸臂桁架与混凝土核心筒连接节点的分析。     

超高层建筑结构加强层耗能减震技术及连接节点设计研究

在框架-核心筒结构体系中,加强层可显著提高结构抗侧刚度、减小结构侧移,但会带来结构刚度、内力突变等不利影响。以某超高层建筑为工程背景,研究了黏滞阻尼器在伸臂桁架体系中的应用及在多遇地震和罕遇地震作用下的减震效果,研究了设置黏滞阻尼器的环带桁架在超高层建筑中的较优位置和减震效率。结果表明：黏滞阻尼器在伸臂桁架结构中的设置可以减小核心筒剪力墙的塑性损伤,减小结构的动力响应;设置黏滞阻尼器的环带桁架宜布置在层间相对速度大的位置,随超高层结构高度增加,阻尼器的减震效率降低。通过对伸臂桁架与外框柱、核心筒连接节点的设计及构造的分析,提出了连接节点的设计建议。     

兰州红楼时代广场超限高层结构设计

兰州红楼时代广场地下3层,地上56层,结构高度245.60m,采用"矩形钢管混凝土柱-钢梁-钢筋混凝土楼板-钢骨混凝土核心筒"结构体系。通过对比分析,裙房和塔楼之间不设缝,设置2道加强层,伸臂桁架和腰桁架均采用普通钢支撑。采用SATWE,ETABS和MIDAS/Gen等软件进行了小震弹性计算,并比较了安评报告与规范不同的动参数取值所对应的不同结果。结果表明,结构的周期比、层间位移角、楼板舒适度等均满足规范要求。进行弹性动力时程分析时选用七条地震波。核心筒与外框架之间沉降差异会在平面梁中产生较大的附加应力。对屋顶斜柱的三种典型节点进行了的有限元分析结果表明,节点应力较小,没有出现应力集中现象。     

上海白玉兰广场酒店塔楼结构抗震弹塑性分析研究

北外滩白玉兰广场酒店塔楼大屋面高度为171 m的超限高层,采用带顶部加强层的钢筋混凝土框架-核心筒-刚臂结构的混合结构体系。采用非线性分析软件PERFORM-3D进行罕遇地震作用下的动力弹塑性分析,考察结构的整体抗震性能指标,并着重分析核心筒剪力墙、型钢混凝土柱、外框架钢梁、伸臂桁架以及连梁等典型构件的损伤破坏程度,为该结构及其他类似结构的性能设计提供参考。     

某带消能伸臂桁架超高层结构抗震性能分析

以某220 m超高层框架-核心筒结构的消能减震效果为研究对象。采用NosaCAD结构分析程序对该结构进行弹塑性时程分析,对比分析了该结构在6度多遇和所选取的罕遇地震作用下普通伸臂桁架与耗能伸臂桁架对结构地震作用下的消能减震效果。分析结果表明:消能伸臂桁架能在一定程度上改善该结构的抗震性能,结构顶层峰值加速度响应平均降幅约为10%,层间位移角平均降幅约为15%;该结构在罕遇地震作用下的损坏情况有所减轻,伸臂桁架位置布置的黏滞阻尼器对降低结构在地震作用下的响应发挥了一定的作用。     

支撑巨型框架-核心筒结构体系抗震性能研究

以深圳平安金融中心为原型结构,提出支撑巨型框架-核心筒结构体系的概念,并以目前超高层常用的巨型框架-核心筒-伸臂桁架结构体系作为参照,开展了结构体系的抗震性能对比研究.研究结果表明,在两种结构体系抗侧刚度相近的工况下,支撑巨型框架-核心筒结构体系的用钢量显著降低.罕遇地震作用下,该结构体系的典型屈服路径为核心筒一巨柱→...     

粤海金融中心超限高层结构设计

粤海金融中心塔楼A地上建筑高度284.0m,采用带一道伸臂桁架加强层的钢管混凝土柱钢框架+钢筋混凝土核心筒混合结构。其外框由8根柱距为25.5m的巨型钢管混凝土柱和四角悬挑约11m的钢梁组成,为超200m高且仅有8根巨柱组成的带大跨度、大悬挑楼盖的框架-核心筒结构。为提高结构的抗侧刚度,在38层(避难层)设置一道伸臂桁架,与伸臂桁架相连的剪力墙内设置钢桁架。本项目存在扭转不规则、偏心布置、楼板不连续、含加强层等多项超限项,按照设定的性能目标,对结构进行弹性计算、中震验算,并采用Perform-3D软件进行了罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析,针对薄弱部位采取了有针对性的加强措施。结果表明：各项指标均满足规范要求,结构受力合理,安全经济。     

某超高层钢管混凝土柱——伸臂桁架节点分析

某61层框架—核心筒结构超高层建筑,主体结构形式为钢管混凝土框架—伸臂桁架—钢筋混凝土核心筒。研究了伸臂桁架、带状桁架与钢管混凝土框架柱连接节点的最不利工况,对其进行设计,并采用ANSYS分析了其受力特点,结果表明加强环对节点的约束效应明显,焊缝是控制节点强度的主要因素。     

兰州红楼时代广场模型结构振动台试验研究

兰州红楼时代广场是一幢扭转不规则、高度超限的超高层混合结构体系建筑,结构采用了带水平加强层的框架-核心筒抗侧力体系。通过1∶25缩尺模型振动台试验,对模型结构在8度设防、多遇和罕遇地震作用下的加速度反应、位移反应以及关键部位的动应变反应进行测试,发现结构的薄弱部位,评价该结构体系的整体抗震性能。研究结果表明：加强层会引起结构局部刚度、承载力突变,结构受力复杂化,并易形成薄弱部位,但通过调整伸臂桁架或者相邻层的刚度,可使加强层的不利影响降低到较小程度;模型结构在8度大震作用下仍不倒塌,证明该结构体系具有良好的抗震性能,可以用于高烈度抗震设防区。     

重庆解放碑威斯汀酒店伸臂桁架对比分析

重庆解放碑威斯汀酒店采用外框架(钢框架梁+型钢混凝土柱)+钢筋混凝土核心筒+伸臂桁架体系,在33层和49层的避难层设置了伸臂桁架,伸臂桁架的设置可以使外框架柱有效发挥作用,以增强整个结构的抗侧力刚度。结构整体分析表明,设置两道加强层,可有效地提高整个结构的抗侧力刚度,减小结构的水平位移,使其满足规范要求;同时,加强层的刚度不宜太大,太大了将造成严重的刚度突变;所以应对加强层的设置方式和层数进行对比分析,减少结构刚度突变。分析表明,在对加强层及相邻楼层采取专门措施后,整个结构在地震下仍可保持延性屈服机制。     

Shaking table test on seismic resonant behavior of core‐outrigger structure

In order to investigate disastrous seismic resonant effect of resonant ground motions on tall building structures, a 1/40 scaled planar test model of a 56‐story core‐outrigger structure was tested on shaking table considering two types of ground motions, that is, non‐resonant and resonant ground motions. The non‐resonant ground motions were chosen from far‐field natural earthquake records, whereas the resonant ground motions were generated through scaling Fourier spectra of the non‐resonant ones in a target period region covering one of the first two natural periods of the test model. The test results showed that (a) with the same small peak ground acceleration of 0.07 g, the test model exhibited significant hysteretic behavior, residual displacement, and even overturning collapse under the resonant ground motions but behaved elastically under the non‐resonant ones; (b) the first‐period resonant ground motion caused extremely large displacements on the upper floors and large moments on the lower stories, whereas the second‐period resonant ground motion resulted in extremely large accelerations on the upper and middle floors; (c) the first‐period resonant ground motion was more probable to trigger overturning collapse of the core‐outrigger system after some exterior columns had reached their axial compression strength, even for those columns on the middle stories.     

上海嘉定凯悦酒店超高层结构设计

介绍了上海嘉定凯悦酒店超高层结构的抗震设计与分析.主楼地下2层、地上40层、高184 m,设计采用钢骨混凝土混合框架—钢筋混凝土核心筒结构,使用了三种程序进行整体结构在多遇地震作用下的弹性计算,同时进行了小震作用下的弹性动力时程分析、中震作用下的结构性能分析和罕遇地震作用下弹塑性动力时程分析.各项计算指标均达到了设计的要求,结构设计和分析方法可供今后类似超限高层筑和其他复杂结构设计参考.     

普利中心结构设计和分析

普利中心主塔楼为总高度300 m的超限高层,采用钢管混凝土柱框架+型钢混凝土核心筒+环带桁架+等效伸臂的混合结构体系。介绍该工程地基基础的设计、结构体系的特点、抗震性能化设计原则和方法、整体弹性计算结果以及罕遇地震作用下的动力弹塑性分析结果。着重阐述设计中的一些关键问题,包括核心筒的剪力墙、外围钢管混凝土钢框架、仅设置环带桁架的加强层、全楼层角部全刚接钢框梁形成的等效伸臂等。     

天津环渤海大饭店超限结构抗震优化设计

天津环渤海大饭店主楼高188.4m,采用带加强层的混合框架-核心筒结构体系。基于初始设计方案在选定的地震波下的大震弹塑性时程分析结果中出现的结构层间位移角超限、部分墙体损伤集中且较大等问题,进行了三次有针对性的结构方案调整。重点研究了核心筒墙体开洞、加强层刚度调整等措施对结构整体位移和关键构件损伤方面的影响,以及大震弹塑性时程分析方法在结构抗震优化设计过程中的应用,同时对比了有限元计算中核心筒墙体与框架梁之间采用铰接或刚接对整体结构刚度和位移的影响。最终在较为经济的条件下使结构在整体指标和构件性能两方面均达到了"大震不倒"的抗震设防目标。     

深圳招商城市主场工程结构设计与研究

招商城市主场工程位于深圳市福田区,地面以上主楼33层,地面以下2层,建筑总高度为99.7m。结构平面和竖向均不规则,属超限结构。采用ETABS和SATWE对结构进行了整体分析,两者的计算结果吻合较好,且满足规范的相关要求,并采用有限元软件ABAQUS对受力关键的型钢混凝土柱进行了有限元分析,分析结果表明,型钢混凝土柱中型钢和混凝土的应力均在规范限值以内。介绍了对结构荷载取值和地震作用取值、自振特性、风荷载和地震作用下的计算结果等内容,并介绍了针对工程的具体特点采取的抗震措施。计算和分析结果表明,结构设计解决了超限问题,结构设计安全可靠,可为相关工程提供参考。     

Smart outrigger damper system for response reduction of tall buildings subjected to wind and seismic excitations

The outrigger damper system has recently been proposed to reduce the dynamic response of tall buildings subjected to lateral loads. Previous studies have shown that the outrigger damper system could effectively increase the response reduction capacity of tall buildings. The outrigger damper system was used not only for a response reduction of tall buildings, but also for adjusting the differential column shortening. When an outrigger damper system is designed optimally for wind or earthquake loads, it shows good control performance against each target excitation. On the other hand, the outrigger damper system designed for the wind load cannot effectively control the seismic responses and vice versa. This study examined the control performance of a smart outrigger damper system for reducing both the wind and seismic responses. The smart outrigger damper system was comprised of magnetorheological dampers. A fuzzy logic control algorithm, which was optimized by a multi-objective genetic algorithm, was used to control the smart outrigger damper system. Numerical analysis showed that the smart outrigger damper system could provide superior control performance for the reduction of both wind and earthquake responses compared to the general outrigger system and passive outrigger damper system.     

超高层建筑伸臂桁架“延迟连接”技术在沈阳恒隆广场主塔楼施工中的应用

在水平荷载起控制作用的超高层建筑中,设置伸臂桁架可以提高结构的整体工作性能,从而提高结构的抗侧刚度,控制结构的顶部位移,降低核心筒所承担的倾覆力矩。但是,伸臂桁架在施工阶段,由于内外筒施工不同步,结构布置不对等原因,会导致施工过程中内、外筒的变形存在一定差异,如果盲目施工,将会造成在伸臂桁架内部过早产生较大应力,导致结构成形后整体受力状况与原结构设计模型不符。通过研究,提出一种超高层伸臂桁架"延迟连接"的施工技术。该方法在沈阳恒隆广场主塔楼施工应用的情况表明,可有效解决外框与芯筒不均衡变形导致的伸臂桁架应力过大的问题,确保了伸臂桁架施工和使用阶段的结构性能。